同步发电机自动并网的装置
同步发电机自动并网的装置
【摘要】微机自动准同期装置在电力系统中已得到广泛应用，但其在电压差和频率差控制、并列条件判断等方面仍采用模拟式自动准同期装置的方法，没有充分发挥微处理器的数值运算和逻辑判断能力。文中提出并实现了一种新型微机自动准同期装置，该装置采用了频率差和电压差的自适应控制方法，以及单向频率差和单向相角差并列原则。它不仅能够按照待并发电机调速器和励磁调节器的特性，在并列操作时根据频率差和电压差的实际值，确定合适的调节量，而且使发电机的频率略大于系统频率，并列后发电机电压相量不滞后于系统电压相量。所实现的自动准同期装置具有可快速准确同期、对系统冲击小的特点，表明所提出的思想方法对事故情况下的大机组快速并网具有较大的实用价值。
【关键词】电力系统；微机准同期；同步发电机
Synchronous generators and network devices
automatically
【Abstract】In order to overcome the limitations of the current widely used microprocessor-based automatic quasi-synchronization device a new high performance device is proposed and developed. During the synchronization process a self-adjusting algorithm is used to provide proper control law according to the practical operating conditions. i. e. the frequency-difference and voltage vector of the generator is not lag behind that of the system during the instant of the synchronization. The main advantages of the developed device have fast speed of synchronization and small impact to the power system. Details of the control principle, the system hardware configuration and the software implementation of the developed device are all described. Test result shows the effectiveness of the proposed device.
【Keywords】power systems; microprocessor-based quasi-synchronization; synchronous generator
绪论
同步发电机的自动并网装置
1绪论
1.1 课题背景
随着国民经济的发展，电力紧张在许多地方已成为一个突出的问题。电网电压往往由于某处所的负载过重而产生下降，直至引起电力不足。一般的解决方法是在此处所增设一台发电机，将其电力并接在电同上，用它发出的电力补充电网电力，以维持正常的用电电压。当前，许多场合都采取上述措施。
同步发电机单机运行时，随着负载的变化，发电频率和端电压将发生相应的变化，供电的质量及可靠性变差。为了克服这一缺点，现代电力系统多采用多台发电机并联运行，同时许多发电厂也并联运行形成较大的电力联合系统。目前，电力系统规模日益扩大，发电设备容量也相应增大，系统运行方式的变化也愈加频繁。因此，要求备用发电机迅速投入系统，以满足用户电量增长的要求，同时系统发生故障会失去部分电源时也要求备用机组快速投入电力系统，防止系统事故的进一步扩大，这些情况均要求将发电机组安全、可靠、准确的并人电网。
同期并网是电力系统中经常进行的一项重大操作。随着发电机单机容量的增加并网操作所担负的责任更加重大，对自动准同期装置也提出了更高的准确性要求。运行经验表明，由于事故情况下自同期并网方式不能用于大机组并网，希望自动准同期装置在电网有波动的情况下也能快速准确地捕捉同期条件，以解决大机组在事故情况下的并网问题，因此，高性能微机自动准同期装置的研究具有重大的实际意义。
多年来电力科技工作者也开发了多种微机自动准同期装置。但是，目前应用的微机自动准同期装置在并网条件判断、电压差和频率差控制等方面，都仍然采用模拟式自动准同期装置的方法，没有充分发挥微处理器的数值运算和逻辑判断能力，从而限制了微机自动准同期装置性能的进一步提高。
把一台发电机与电网并接，一般来说，需在满足下面三个条件之后，才能实行；一是幅值条件，即两者电压幅值(或有效值)相等(误差约为1～4 )。二是频率条件，即两者的电压频率相等(误差约为0.5~1Hz)。三是相位条件，即两者的电压相位相等(误差约为10°)。若在不满足这三个条件的情况下并网，自动并网开关会被反弹回来，
同步发电机的自动并网装置
实现不了并网；若用人工强行并网，则会造成设备损坏。
1.2 同步发电机并网的意义
发电机并网要求满足准同期每件，并网要求准确、快速。准确可以保障安全和减少对发电机并网引起的冲击，而快速则能够减小发电机的空转损耗。随着计算机工业的发展和数字技术的迅猛进步，研制使用能够自动实现发电机并网的智能仪器已成为发电厂技术革新和自动化改造的重要课题。
目前常见的并网方式为人工并网，即首先手动调节发电机的某些参数，如发电机转速、励磁等，当观察到并网条件满足时，用人工的方法将发电机并接到电网上。由于人工操作有一定的延时，而在这一段延时之内，发电机或电网的某些参数(如相位)有可能会发生变化。若在并网那一瞬间条件正好满足，则一切顺利。否则，并网开关会被反弹回来，实现不了并网。此时必须重新手动调节发电机的参数。重复操作，直到条件满足时，才能够完成并网工作。这种用人工实现并网的方法有很多缺点：（1）人工井网有一定的试凑性，很难确切掌握并网的时机，因而，无法实现实时并网。（2）在条件不满足时用人工并网，虽然并网开关会被反弹回来(也可由人工将其断开)，但这不可避免地会产生一定的危害：威胁人身及机器设备的安全；当相位或频率条件不满足时并网，很容易导致电力分配不均同时又产生很大的谐波。这两种情况的出现对电力系统均会造成很大的危害。若在并网时，两者的幅值条件还未满足，则不论发电机的电压是大于还是小于电网电压，都将会使发电机受到损害，同时又产生电力分配不均和高次谐波。
三相同步发电机是常用的交流发电机，但是单一的1台三相同步发电机对电网供电有明显的缺点：（1）不能保证供电质量(电压和频率的稳定性)和可靠性(发生故障就得停电)；（2）无法实现供电的灵活性和经济性。
单机供电的缺点是明显的：既不能保证供电质量(电压和频率的稳定性)和可靠性(发生故障就得停电)，又无法实现供电的灵活性和经济性。这些缺点可以通过多机并网来改善。
通过并网可将几台电机或几个电站并成一个电网。现代发电厂中都是把几台同步发电机并网起来接在共同的汇流排上，一个地区总是有好几个发电厂并联起来组成一个强大的电力系统(电网)。
绪论
电网供电比单机供电有许多优点：
1．提高了供电的可靠性，一台电机发生故障或定期检修不会引起停电事故。
2．提高了供电的经济性和灵活性，例如水电厂与火电厂并联时，在枯水期和旺水期，两种电厂可以调配发电，使得水资源得到合理使用。在用电高峰期和低谷期，可以灵活地决定投入电网的发电机数量，提高了发电效率和供电灵活性。
3．提高了供电质量，电网的容量巨大(相对于单台发电机或者个别负载可视为无穷大)，单台发电机的投入与停机，个别负载的变化，对电网的影响甚微，衡量供电质量的电压和频率可视为恒定不变的常数。电网对单台发电机来说可视为无穷大电网或无穷大汇流排。同步发电机并联到电网后，它的运行情况要受到电网的制约，也就是说它的电压、频率要和电网一致而不能单独变化。
因此，有必要采取一种有效的方法，准确测量并网参数，当条件满足时自动实时并网。
1.3 自动并网装置的发展
准同期装置是同步发电机并列的重要设备，设计原则是将发电机无冲击地、尽快地并入电网。
准同期操作需要满足三个条件，即在发电机与系统的频差和压差小于一定值的时候，在零相位差到来之前提前一段时间发出合闸指令，使得在近于或等于零相位差的情况下将发电机并入电网。实现这种功能的装置称为“恒定越前时间的准同期装置”。
在二十世纪六十年代以前，我国大多采用“旋转灯光法”进行准同期并列操作。这是最原始的准同期方法。后来改用指针式电磁绕组的整步表构成的手动准同期装置。在二十世纪七十年代，采用了由分立器件构成的模拟式自动准同期装置。
二十世纪八十年代，随着微机技术的普及，出现了基于微处理器的数字式准同期装置。近期有些单位围绕准同期过程中压差、频差、角差三要素的变化规律，提出了最佳的均压和均频控制算法，促使发电机并列时压差和频差尽快达到给定值，也找到了频差在动态变化的情况下能够准确捕获零相位差的算法，大大提高了并列精度和速度。
在模拟式时代，不仅无法利用基于严格的数学模型提出的优良算法，而且囿于技术水平，无法实现越前时间并列，只能使用越前相角并列。由于只有一个特定的频差